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煤炭行业青年科学家论坛（2020年）

来源：煤炭科学技术

专题来自于《煤炭科学技术》2020年第2期，共有29篇论文。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 129个
关键词; 139位
专家; 29篇
论文; 18653IP
点击量; 24306次
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煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

作者(Author)：王燕, 齐英全, 温小萍, 王蔚, 甘向阳, 裴蓓, 纪文涛

摘要：瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一，研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律，是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响，特选用2种组分不同的煤尘（烟煤和无烟煤）。依据EN 14034标准，使用10 kJ化学点火头在标准20 L球形爆炸容器中，分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m3和70 g/m3，瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后，烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m3，无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m3。基于上述测量结果，对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响，并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明：2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低，但挥发分含量低的煤尘降幅更大，即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值；Le Chatelier模型预测值高于实际测量值，且误差随瓦斯浓度的增大而增大；Bartknecht 模型适用性相对较好，且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。

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煤炭科学技术

2020年第02期

559

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不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

作者(Author)：陈向军, 赵伞, 司朝霞, 戚灵灵, 康宁宁

摘要：为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响，通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构，利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征，结合煤样吸附常数，研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明，煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征，渗流孔分形维数D1和吸附孔分形维数D2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响，渗流孔分形维数D1与吸附常数b呈良好的线性关系，与极限吸附瓦斯量a的关联性不大，表明渗流孔分形维数D1对吸附瓦斯速率影响较大，对吸附能力影响较小；吸附孔分形维数D2与极限吸附量a呈正相关关系，与吸附常数b关联关系不明显，说明吸附孔分形维数D2对瓦斯吸附能力影响较大，对吸附瓦斯速率影响不明显。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

作者(Author)：马砺, 李超华, 武瑞龙, 邹立

摘要：火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉，煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点，易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度，是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此，研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为，对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉（张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ）为研究对象，采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试，确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti；得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律；采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明：①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164 ℃，随变质程度的增加而增加；煤的变质程度越高，内部活性基团数量越少，自燃需要热量更多，导致高变质程度煤的最低点火温度较高；3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势，在试验后期由于氧气浓度较低，引起煤粉氧化反应强度降低，最终导致耗氧速率出现缓慢下降；最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势，当煤粉温度约120 ℃时，产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol，其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样，这表明高变质程度煤样的最低点火温度高，初期氧化反应速率较高。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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基于主成分分析法的松软煤体煤尘润湿特性研究

作者(Author)：王亮, 廖晓雪, 查梦霞, 张锐, 裴晓东, 潘荣锟

摘要：矿井煤层产尘与煤体坚硬程度密切相关，而深部含瓦斯煤体往往呈现松软煤层的特征，为了研究松软煤层煤体润湿性的影响因素，以对粉化松软煤体产尘进行治理，以衡量煤样润湿性强弱和评价粉尘灾害的重要指标接触角为主线，从淮北煤田7个突出矿井选取了7种松软程度不同的煤样进行煤-水接触角测定，通过工业分析、煤与瓦斯基础参数测定、孔隙结构测定和红外光谱定量分析试验，采用主成分分析法系统探讨了松软煤体煤尘的润湿特性和主要控制因素。研究结果表明：松软煤体的润湿性主要取决于煤的灰分、水分、孔容、比表面积、坚固性系数、羟基含量，且影响程度依次减弱；其中灰分、水分、孔容、比表面积、羟基含量与接触角成负相关，是煤的亲水因素，而坚固性系数与接触角呈正相关，是煤的疏水因素；煤体强度越低，煤体越松软，煤-水接触角越小，煤的表面润湿性越好；通过主成分多元回归分析方法的结果得出灰分与煤-水接触角的相关程度最高，是煤表面润湿性的主控因素；瓦斯在煤层赋存过程中影响煤体的强度，瓦斯的吸附、放散作用促进原生裂纹的开裂和新生裂纹的产生，导致煤体物理化学性质的改变，间接影响了煤的润湿性。

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煤炭科学技术

2020年第02期

657

470
我国矿井通风技术现状及智能化发展展望

作者(Author)：张庆华, 姚亚虎, 赵吉玉

摘要：矿井通风作为矿井的“血液循环系统”，是矿井安全生产的基石，在智能化背景下发展智能通风技术装备是保障我国发展少人化、无人化煤矿的必由之路。从通风参数测定与监测、通风网络分析与决策、通风调控技术与装备3个方面对我国矿井通风技术装备近年来的研究与实践成果进行了系统梳理和总结，指出了实现智能通风仍需解决的4大难题，即通风参数测定与监测准确性低，难以满足精准决策的需要；风量调控缺乏有效决策模型，调控装备发展滞后，难以实现动态定量调节；通风动力与通风网络匹配性不强，联动调节能力弱；通风隐患、灾变判识技术发展不成熟，缺乏有效的预防预警与应急控制手段。针对这些技术难题提出了实现矿井通风智能化的3个重点研发方向：智能感知、智能决策、智能控制，给出了各研发方向应着力解决的关键核心技术内容，即通过研发通风系统自动成图技术、通风参数快速精确获取技术，实现通风基础数据智能感知；通过研发数据驱动的网络模型构建方法、通风网络与通风调控联动分析决策技术、通风隐患自动识别与报警技术，实现通风技术智能决策；通过研发通风灾变准确判识方法和灾变控制装备，实现通风灾变智能控制。依托以上技术装备，形成一套智能通风技术装备体系，实现矿井通风无人化、智能化。

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煤炭科学技术

2020年第02期

814

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化学沉淀修复采动破坏岩体孔隙/裂隙的降渗特性试验

作者(Author)：鞠金峰, 李全生, 许家林, 李娟娟, 曹志国

摘要：针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题，以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路，开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态，通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂，评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明：在为期近42 d的水渗流试验中，两试验模型降渗趋势显著，且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗，绝对渗透率由初始的15.1 D降低为0.01 D；试验初期受裂隙面岩石黏土矿物遇水膨胀作用的叠加，降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗试验，绝对渗透率由初始的62.3 D降低为0.1 D；由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高（32.8%），导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长，且试验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。试验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果，同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。

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煤炭科学技术

2020年第02期

546

623
井上下微震联合监测震源垂直定位精度优化研究

作者(Author)：徐刚, 陈法兵, 王元杰, 李岩, 陆闯, 路洋波

摘要：震源垂直定位位置是煤矿冲击地压机理研究的重要基础数据，对冲击地压灾害的监测与防治研究具有重要意义。对于近水平煤层工作面，由于各微震台站之间高差较小，导致在进行震源定位计算时，震源参数的偏微分矩阵接近奇异，迭代计算无法收敛到准确解。对台站合理高差和无高差两种情况下的煤矿微震台网进行仿真模拟，结果表明当台网内台站处于同一水平面时，震源垂直位置的定位误差较大。为了解决这个难题，笔者在井下微震监测台站的基础上，增加了地面微震监测台站，形成井上下联合监测台网，有效优化了微震监测台网的空间结构，尤其是台站在垂直方向上的分布效果。对红庆河的微震数据进行分析可知对于2次方的微震事件，井上下联合监测系统的监测效能可达90%，3次方及以上的微震事件可达100%。通过对比10组井下断顶爆破引发的微震事件数据，发现井下微震监测系统定位结果基本位于煤层上方30 m的封孔范围内，井上下微震联合监测系统定位结果基本位于煤层上方30～60 m的爆破孔装药长度范围内;与单纯利用井下监测台站的定位结果相比，井上下微震联合监测系统的定位结果普遍距离真实震源更近，表明地面监测台站的加入有效提高了震源的垂直定位精度，解决了近水平煤层微震事件垂直定位误差较大的问题。

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2020年第02期

655

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大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究

作者(Author)：周海丰

摘要：为解决大采高综采工作面快速通过大断面空巷群，避免发生冒顶压架问题，以哈拉沟煤矿22311综采工作面过26条空巷群为研究对象，采用理论研究、数值模拟以及现场监测等方法，研究了综采工作面过空巷群期间空巷失稳机制及基本顶破断规律，模拟了综采工作面过空巷期间采用泵送支柱支护效果，监测了综采工作面过空巷期间顶板下沉量及压力情况，最终22311综采工作面安全顺利通过了26条大断面空巷群。研究表明：空巷失稳主要是由基本顶超前破断引起的，其次是由于空巷支护不足导致的，泵送支柱支护应具有可切割、大断面、高承载与让压变形特征。采用“泵送支柱+锚索+W钢带”联合支护方式，使支柱与顶底板围岩处于协同作用状态，可保证综采工作面安全通过大断面空巷群。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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